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最高電流和高峰值功率拍瓦級電子束問世

2025-03-04 02:02:00 點擊數:

科技日報記者 劉霞

美國斯坦福國家加速器實驗室團隊創造了有史以來最高電流、最高峰值功率的拍瓦級電子束。這束電子脈沖雖然持續時間僅千萬億分之一秒,卻攜帶10萬安培電流。這種拍瓦級電子束有望幫助科學家揭示真空本質。相關論文發表于最新一期《物理評論快報》雜志。

團隊此次在加速器內發射了一條1毫米長的電子束。這些電子通過真空腔室內的無線電波獲得加速能量。然而,由于前面的電子處于無線電波波形較平緩區段,其獲得的能量低于后面的電子,導致“啁啾”現象。接著,團隊使用磁鐵讓電子束向左、右、右、左快速偏轉,隨后回到原有路徑。低能電子由于偏轉幅度更大,行進路徑更長,使得后方高能電子得以趕上,實現從前到后壓縮電子束。

團隊隨后添加了另一塊磁鐵,使電子束與光交換能量,“啁啾”現象更強烈。他們讓電子束在加速器內往返多次,每次都會讓電子束功率更高,持續時間更短。這種反復的加速—壓縮循環最終產生了僅0.3微米長的超強電子束,拍瓦級電子束因此誕生。

拍瓦級電子束有望在多個領域“大展拳腳”。例如,位于斯坦福國家加速器實驗室內的直線加速器相干光源,可以通過在波蕩器內發射更短、更強大的電子束來使其變得更加明亮,為探測化學過程開辟全新道路。此外,超強電子束也可用于產生等離子體,例如以接近光速從某些恒星爆炸中發射出的物質和輻射射流。

超強電子束還有望揭示真空本質。如果這些電子束產生的電場足夠強大,可能會將粒子-反粒子對從真空中撕裂出來,這是量子物理學預測但從未觀察到的一種現象。團隊計劃沖擊百萬安培級電子束,以實現這一點。

責任編輯:左常睿

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